Global EE

Внутренняя… — Задание 8 ЕГЭ по физике №00015743

Задание №8. Термодинамика

Внутренняя Энергия Газа

№2. Задание 8

ID: 00015743

В сосуде объёмом $V=0{,}1\ \text{м}^3$ с жёсткими стенками находится одноатомный газ при атмосферном давлении. В крышке сосуда имеется отверстие площадью $S=5\ \text{см}^2$, заткнутое пробкой. Пробка выскакивает, если газу передать количество теплоты не менее 15 кДж. Определите максимальную величину силы трения покоя $F$ пробки о края отверстия, полагая газ идеальным.

Ответ дайте в ньютонах.

Источник: Сборник Гиголо

Решение

Идея

Стенки жёсткие и пробка пока держится — значит объём газа не меняется, это изохорный нагрев. На изохоре газ не совершает работы, поэтому всё подведённое тепло идёт во внутреннюю энергию: $Q=\Delta U=\tfrac{3}{2}\nu R\,\Delta T$. А через уравнение состояния при постоянном объёме $\nu R\,\Delta T=V\,\Delta p$, поэтому удобно записать $Q=\tfrac{3}{2}V\,\Delta p$.

Шаг 1. На сколько подрастёт давление

$\Delta p=\dfrac{2Q}{3V}=\dfrac{2\cdot 15000}{3\cdot 0{,}1}=100000$ Па. Это и есть «лишнее» давление сверх атмосферного, которое газ накопит к моменту вылета пробки.

Шаг 2. Условие вылета пробки

Пробку выталкивает разница давлений изнутри и снаружи. Пробка держится, пока сила трения покоя уравновешивает эту выталкивающую силу. Максимум трения как раз равен силе от избыточного давления: $F=\Delta p\cdot S=100000\cdot 5\cdot 10^{-4}=50$ Н.

Ответ

50
Другие задания по теме «Внутренняя Энергия Газа» (8)